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间套作是我国现代化农业中应用较广的一项增产措施,在我国粮蔬生产过程中发挥了重要作用。近年来许多研究揭示了间套作体系的种间互惠作用,证明了间套作提高产量的机理之一是通过改变植物根系分布提高水肥利用率。但改变根系分布的地下种间互作机理的研究仍相对较少。本课题前期研究发现,伴生促生作用强的分蘖洋葱(S)能够提高番茄产量,同时引起番茄根系分布发生改变,但是其机理尚不清楚。因此,本研究以番茄/分蘖洋葱伴生模式为研究对象,通过伴生促生作用不同的分蘖洋葱,证明促生作用不同的分蘖洋葱对番茄根系分布的影响的差异;通过外源添加促生作用不同的分蘖洋葱根系分泌物,明确根系分泌物在改变番茄根系分布中的作用;采用GC-MS和UPLC-MS/MS技术分离鉴定分蘖洋葱根系分泌物中改变番茄根系分布的活性物质;通过组培试验和转录组测序技术,明确该物质对番茄根系向重力性和生长方向的影响及其向重力性相关基因表达的影响,通过以上研究探明分蘖洋葱伴生改变番茄根系分布的根系分泌物作用机理,为间作(伴生)体系中作物的根系互作机理提供理论依据,并为农业生产中构建高效养分利用根系模型提供理论参考。主要研究结果如下:1、盆栽试验结果表明,伴生促生作用强的分蘖洋葱(S)使番茄根系分布远离分蘖洋葱洋葱,伴生无促生作用的分蘖洋葱(N)对番茄根系分布影响不显著,根系分布趋向于两侧均匀分布。2、外源添加促生作用不同的分蘖洋葱根系分泌物于番茄一侧,结果表明,添加促生作用强的分蘖洋葱(S)根系分泌物番茄根长密度及分布范围减小,添加无促生作用的分蘖洋葱(N)根系分泌物的根长密度及分布范围增大,即促生作用强的分蘖洋葱(S)根系分泌物使番茄根系远离分蘖洋葱根系分泌物生长,而无促生作用的分蘖洋葱(N)根系分泌物使番茄根系趋向分蘖洋葱根系分泌物生长。从根系分泌物中初步分析出3种差异组分,采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)确定出2种差异物质为二叔十二烷基硫化物(S中独有)和2,2’-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基)苯酚(S中相对含量显著高于N);采用液相色谱和质谱联用(UPLC-MS/MS)分析鉴定出1种水溶性差异物质为L-苯丙氨酸。3、外源添加L-苯丙氨酸降低了番茄根系在土壤中的分布密度,且使番茄根系远离添加侧生长。随着L-苯丙氨酸浓度的升高,番茄根系垂直方向上的偏离角度百分比升高。与促生作用强的分蘖洋葱根系分泌物对番茄根系分布的影响结果一致。4、转录组结果显示,L-苯丙氨酸下调了番茄根系中与淀粉合成和降解相关基因的表达,上调了生长素转运相关基因的表达。淀粉合成途径中由1-磷酸葡萄糖(G1P)转变成ADP-葡萄糖再转变成直链淀粉中的关键基因Solyc01g109790.2和Solyc09g091030.2等显著下调表达。生长素运输载体Sl PIN和LAX蛋白家族显著上调表达。同时,组培试验结果显示L-苯丙氨酸能够引起番茄根尖淀粉体沉降减少,生长素分布不均匀。综上,本研究证明了伴生分蘖洋葱改变番茄根系分布与根系分泌物密切相关,同时从分蘖洋葱根系分泌物中分离鉴定出改变番茄根系分布的活性物质L-苯丙氨酸,L-苯丙氨酸通过下调番茄根系淀粉合成相关基因的表达和上调番茄根系生长素转运基因的表达,引起番茄根尖淀粉体沉降减少和根系生长素分布不均,从而削弱了番茄根系的向重力性,进而改变了番茄根系生长方向和分布。